基于齿根圆角圆心所在位置的时变啮合刚度修正模型

因接触齿对数的变化以及接触位置变化,将导致作为齿轮系统动力学的最重要的内部激励-时变啮合刚度发生变化。然而,目前的研究不能精确的采用解析模型来计算齿根圆与基圆之间的势能,将导致时变啮合刚度的计算误差。针对这个问题,基于势能法,提出了一个精确考虑齿根圆与基圆之间的势能的计算时变啮合刚度的解析模型,根据齿根圆角圆心所在位置,研究了不同参数条件下轮齿时变啮合刚度的算法,与有限元仿真结果的对比表明:提出的修正算法能更为精确地计算轮齿的时变啮合刚度,可减小解析法计算刚度的误差,为齿轮振动分析提供了一个新的途径。     

裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析

以含裂纹故障的斜齿轮传动系统为研究对象,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形,提出了含裂纹故障斜齿轮副时变啮合刚度修正算法,并通过有限元法验证了算法的正确性,而后分析了不同长度、深度、角度等裂纹参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。在此基础上,综合考虑齿轮时变啮合刚度、静态传动误差、轴承支撑刚度及齿轮转子陀螺力等因素,基于轴系单元法建立了单级裂纹故障斜齿轮传动系统耦合动力学模型,采用Newmark-β法对系统动态特性进行分析,研究了裂纹参数对系统振动响应的影响。结果表明,随着裂纹深度及长度的增加,齿轮副啮合刚度有较大幅度的减小,系统时域响应中存在周期性冲击现象,频域响应中出现了以啮合频率为中心的调制边频带,研究结果可为含裂纹齿轮传动故障诊断提供理论依据。     

内平动齿轮副啮合综合刚度与系统的分岔特性

用机构反转法将内平动齿轮副转化为定轴齿轮副,然后用有限元方法分析了该内啮合定轴齿轮副的啮合综合刚度,并使用FFT变换得到其频谱特性,进而得到了内平动齿轮副的啮合综合刚度的频谱特性,在此基础上,考虑了齿侧间隙的非线性因素,进一步得到存在多齿接触的时变啮合刚度下内平动齿轮副的运动微分方程。然后,用经典的显式四阶Rouge-Kutta法对系统的各个参数进行了数值计算,得到系统的参数分岔图,并分析了各参数对系统动力学行为的影响。为内平动齿轮副的设计参数选择提供理论依据。     

带有齿根裂纹故障的齿轮传动系统非线性动力学模型研究

在考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、传递误差和质量偏心的情况下,利用集中质量法及牛顿定律建立了齿轮传动系统非线性振动微分方程.通过时变啮合刚度仿真了齿根裂纹故障,进而建立了具有齿根裂纹的非线性动力学故障模型.该模型在计算摩擦力时,考虑了载荷在啮合区的动态分配以及利用齿轮副的检验标准与公差值来确定齿轮副的传递误差.模型数值解的结果与故障特征的规律相符,为频谱机理的分析及故障特征的提取提供了有力的理论依据.     

支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响研究

支承刚度对自动变速器齿轮副的啮合质量有着重要影响,研究支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响具有重要意义。以某七挡双离合自动变速器的一挡斜齿轮副为研究对象,建立了2种不同支承刚度的齿轴系统刚柔耦合模型,分析了不同工况下支承刚度对斜齿轮副啮合特性的影响规律;通过FCL-250H齿轮精测试验台得到有/无磷酸锰转化涂层齿轮的齿形齿向参数,并将其代入有限元模型进行仿真分析;进行齿轮接触疲劳点蚀实验,对比齿面涂层处理前后齿轮的接触疲劳寿命,并从齿轮表面形貌、动力性能及跑合性能等角度进一步揭示了涂层的强化机理。研究结果表明：齿轴跨度增大,支承刚度减小,则齿轮单位长度所受最大载荷和啮合错位量对输入扭矩的变化更为敏感;有涂层齿轮跑合后更有利于啮合,其疲劳寿命得到提高。研究结果为汽车自动变速器齿轮传动系统的结构优化和齿轮疲劳寿命的提高提供了参考。     

动力总成NVH分析齿轮啮合特性研究

研究动力总成中部分齿轮的啮合特性,及其对NVH的影响,介绍了发动机启动电机传动齿轮和变速器齿轮的啮合特性.分析启动电机传动齿轮重合度,通过提高重合度,解决电机传动噪声问题和提高齿轮寿命,噪声试验表明,声品质有所改善;同时,研究了变速器齿轮的啮合动刚度,通过分析单对齿轮刚度和啮合线长度变化,快速得到随时间变化的齿轮啮合变刚度,并形成齿轮啮合动刚度计算标准方法,开发相应计算程序,大幅提高了工作效率,该方法的特点是计算简单、高效以及能得到随啮合转角变化的齿轮啮合刚度.     

汽车驱动桥准双曲面齿轮时变啮合刚度计算

针对汽车准双曲面齿轮动力学系统建模中齿轮时变啮合刚度计算困难的问题,提出一种完整的基于有限元法计算准双曲面齿轮啮合刚度的计算方法。详细描述利用有限元方法计算齿轮啮合刚度理论模型,并利用此模型计算直齿渐开线齿轮啮合刚度,结果表明此方法计算结果与KUANG模型计算结果一致。利用MATALAB和CATIA建立了准双曲面齿轮三维几何模型,并在ABAQUS中建立此齿轮准静态啮合有限元模型。详细论述了由准双曲面齿轮啮合有限元分析结果后处理得到啮合刚度计算过程,并对不同载荷下齿轮啮合刚度的变化趋势进行讨论。结果表明,准双曲面齿轮啮合过程中啮合刚度随齿轮旋转位置和所加载力矩周期性变化,其变化周期等于齿轮啮合周期;当齿轮加载力增大齿轮啮合刚度平均值增大,同时啮合刚度的波动减小。     

齿根安全条件下多状态啮合齿轮传动系统安全-吸引盆侵蚀与分岔

轮齿折断是齿轮主要失效形式之一.以包含单双齿交替啮合、轮齿脱啮和齿背接触等的多状态啮合直齿圆柱齿轮传动系统为研究对象,计算齿根危险截面上的弯曲应力,以齿根许用弯曲应力为边界条件,建立防止轮齿折断的齿根安全条件.基于胞映射方法,用四阶Runge-Kutta法数值计算考察区域内随负载和齿侧间隙变化时系统的吸引盆及其演变过程...     

面齿轮传动啮合刚度分析与修形减振优化

为准确求解面齿轮传动的啮合刚度,基于齿轮的承载接触分析(LTCA)技术,综合考虑变位、小轮偏置、齿面修形以及安装误差,提出了面齿轮传动啮合刚度计算方法,并验证了该方法的精确性。分析了负载、变位、小轮偏置和安装误差对面齿轮传动综合啮合刚度均值和波动幅值的影响,并将LTCA技术与遗传算法相结合,建立了面齿轮传动修形减振优化模型。研究结果表明:面齿轮传动综合啮合刚度幅值波动较大,存在阶跃突变现象,但波动幅值对负载、变位、小轮偏置和安装误差并不敏感,而综合啮合刚度均值受负载、小轮偏置和安装误差影响较大,且在3类安装误差中,轴夹角误差对综合啮合刚度均值影响最大;优化小轮修形参数后使综合啮合刚度的波动幅值大幅下降,从而可有效减小面齿轮传动的振动和噪声。     

动力总成NVH分析中齿轮啮合特性研究

研究动力总成中部分齿轮的啮合特性,及其对NVH的影响,介绍了发动机启动电机传动齿轮和变速器齿轮的啮合特性。分析启动电机传动齿轮重合度,通过提高重合度,解决电机传动噪声问题和提高齿轮寿命,噪声试验表明,声品质有所改善;同时,研究了变速器齿轮的啮合动刚度,通过分析单对齿轮刚度和啮合线长度变化,快速得到随时间变化的齿轮啮合变刚度,并形成齿轮啮合动刚度计算标准方法,开发相应计算程序,大幅提高了工作效率,该方法的特点是计算简单、高效以及能得到随啮合转角变化的齿轮啮合刚度。     

透平压缩机轴系扭振与齿轮啮合刚度影响

以大型透平压缩机组轴系为对象，提出了以连续质量的传递矩阵法求解在计及齿轮啮合刚度情况下轴系扭转振动的固有频率和振型的计算方法；并以某工业透平压缩机组轴系为例，探讨了齿轮啮合刚度对轴系扭振频率特性的影响。     

基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析

面向斜齿轮时变啮合刚度(time varying meshing stiffness, TVMS)精确求解问题,提出基于切片思想及切片耦合理论的斜齿轮啮合刚度计算方法。将斜齿轮沿齿宽方向等效为若干切片,每个切片等效为直齿轮,切片耦合作用等效为弹簧模型;设计了一种数值求解方法计算斜齿轮时变啮合刚度;然后,以一对斜齿轮副为例,分别使用有限元法、切片耦合法、切片无耦合法分析了斜齿轮时变啮合刚度。结果表明,切片耦合斜齿轮时变啮合刚度模型能够准确地模拟仿真斜齿轮时变啮合刚度特性,而切片无耦合斜齿轮时变啮合刚度模型在双齿过渡区不能准确地模拟斜齿轮啮合刚度。     

计及齿轮时变啮合刚度的机车驱动系统振动稳定性

针对齿轮时变啮合刚度激励的机车驱动系统振动问题,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开,采用黏着系数-蠕滑速度经验公式描述具有负斜率特性的轮轨黏着力,建立了驱动系统扭转振动和轮对纵向振动的耦合模型。在系统振动微分方程的平衡位置处对其进行线性化处理,进而利用多尺度法获得了系统振动稳定的边界条件,并进行了数值仿真验证和参数影响分析。分析结果表明:增大被动齿轮与主动齿轮的等效惯量比、轮对与构架的质量比有助于增强机车驱动系统的稳定性;当机车速度接近119/j(km·h~(-1))(j=1,2,3,…)时,由于齿轮时变啮合刚度的作用,驱动系统会产生参数共振;且当速度接近119 km·h~(-1)时,系统产生参数共振的区域较广,且啮合阻尼在[0,1×104]N·s·m-1范围内变化时,对系统参数共振区域的范围影响很小,机车应尽量避免以该速度行驶。     

裂纹对弧齿锥齿轮扭转啮合刚度的影响分析

运用Pro/E软件建立了无裂纹和含裂纹弧齿锥齿轮完整的三维接触模型,并基于有限元分析软件ANSYS对模型进行了仿真模拟与数值计算,分析了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度。仿真结果表明：裂纹使弧齿锥齿轮的扭转啮合刚度变化更加剧烈。     

齿面修形对人字齿轮啮合刚度影响分析与试验研究

为了准确地计算考虑轴向窜动的人字齿轮时变啮合刚度,建立考虑轴向窜动的人字齿轮轮齿承载接触分析模型,在此基础上推导考虑安装误差的人字齿轮轮齿综合啮合刚度,分析不同载荷下的啮合刚度变化特性;采用遗传算法对人字齿轮齿面展开以轮齿啮合刚度波动幅值为目标的齿面三维修形优化设计。以某单级人字齿轮副为对象的实例计算表明,考虑轴向窜动的人字齿轮副啮合刚度随着外载的增加而增加,且增长幅度随着载荷增加而减缓,最后刚度均值及其波形幅值均趋于稳态。搭建人字齿轮封闭功率流式试验台,给出利用高精度圆光栅对人字齿轮啮合刚度的测量方法,结果表明,理论计算与试验测量的人字齿轮啮合刚度随啮合周期变化波形基本保持一致,在给定负载下,最大偏差小于8.8%,且修形前后啮合刚度波动幅值变化趋势亦保持一致。     

支承刚度变化下风电齿轮传动系统的非线性动力学特性

风电齿轮传动系统的动力学研究对降低其振动和噪声、提高系统稳定性和进一步探究其故障机理具有重要意义。为进一步研究其非线性动力学特性,采用集中参数模型建立风电齿轮传动系统平移-扭转动力学模型,该模型考虑了非线性因素如各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙,结合时间历程图、FFT频谱图、相图、Poincaré截面图、分岔图及最大Lyapunov指数图分析了系统在随激励频率变化和随支承刚度变化下的动力学特性。结果发现,系统随着激励频率的不断增大会表现出单周期运动、拟周期运动和混沌等多种非线性动力学行为。随着支承刚度的增加,系统由2周期运动经激变进入混沌运动,最终又回归至周期运动,且通过改变支承刚度观察激励频率变化下系统的影响,发现支承刚度的增加能够弱化混沌,增加周期窗口,并出现混沌运动延后的现象。     

斜齿轮动力学建模中啮合刚度处理与对比验证

为准确建立斜齿轮动力学模型,更好分析斜齿轮系统振动特性,提出基于轮齿承载接触分析、考虑齿轮轴扭转变形的轮齿啮合刚度计算方法。分析国内文献普遍采用的基于啮合刚度分解建立斜齿轮动力学模型,指出其与理论力学相悖之处,提出基于力、振动位移分解法建立综合考虑时变啮合刚度激励、啮入冲击激励的斜齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。以某斜齿轮副为例进行的仿真计算结果表明,基于承载接触分析的轮齿啮合刚度计算方法能准确、方便求得轮齿啮合刚度,文献[8]动力学响应结果与理论实际存在明显差别,而基于力、振动位移分解法的响应则能与理论实际较好吻合。     

混合弹流润滑下内啮合直齿轮动态特性磨损退化研究

针对现有磨损计算方法难以求解混合弹流润滑下内啮合齿轮磨损的问题,提出了黏着磨损与弹流润滑耦合的计算模型.根据弹流润滑理论计算油膜刚度,并将油膜刚度、齿面接触刚度以及承载系数结合构建了混合弹流润滑条件下的综合刚度模型以完善动力学模型.为深入分析混合弹流润滑下动态啮合力与磨损量之间的关系,将累加的磨损量作为齿侧间隙代入到动...     

开闭裂纹转子的建模与弯曲刚度特性研究

利用应变能原理与应力强度理论计算了动坐标系列裂纹转子的局部柔度和弯曲刚度,研究了动坐标系开闭裂纹弯曲刚度变化率随裂纹深度的变化规律,在此基础上,借助坐标转换矩阵推导出惯性坐标系弯曲刚度的表达式,采用Fourier谐波分解法研究了惯性坐标系刚度的变化规律,并利用给出的刚度表达式直接建立了惯性坐标系开闭裂纹转子的动力学模型,得到裂纹转子系统的时变系数非线性振动方程与相应的裂纹参数激励的特性。     

直斜裂纹转轴的时变刚度特性研究*

本文采用有限元方法建立了裂纹转子系统的动力学方程,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,详细研究了不同深度的直裂纹和45°斜裂纹转子,在一个稳态旋转周期内,裂纹开闭规律以及转轴刚度时变特性。研究表明裂纹深度的增大使裂纹转轴的刚度变化增大,直裂纹与斜裂纹转轴的刚度变化特性具有明显差异,斜裂纹引起更多与更强的耦合振动,使转子的动力学性能更复杂。